рис 1 196). При этом способе подачи смещения замена транзисторов в каскаде, работающем в режиме В, обычно не вызывает недопустимого изменения тока покоя транзисторов, а поэтому какой-либо регулировки при замене транзисторов не требует Однако, если температура транзисторов в каскаде в рабочих условиях изменяется больше чем на 20-30°С, изменения тока покоя транзисторов при смещении фиксированным напряжением могут выйти за допустимые пределы. Поэтому в транзисторных каскадах, работающих в режиме В при большом изменении темпера туры используют температурно-компенсированное смещение от делителя, для чего одно из сопротивлений делителя берут тем-пературнозависимым Например, можно взять в качестве Ro { включить параллельно ему) полупроводниковый диод, сопротивление которого будет падать при повышении температуры и расти при ее понижении, автоматически изменяя напряжение смещения с нуж/гую сторону для поддержанияпостоянства тока покоя (как это сделано в схеме рис. 6.7).

Приведем примеры расчета основных схем стабилизации.

Пример 1.11. Рассчитаем стабилизацию для реостатного каскада предвари тельного усиления с германиевым транзистором П14А, включенным с общим эмиттером и имеющим по справочнику следующие данные Рмин =20, Рмжс =40

Максимальное значение обратного

но

тока коллекторного перехода /и - = 10л(ка при f/кб =5 в, f/кэ доп = 30в Допустимая мощность рассеяния прн 20°С равна 150 мет

Данные каскада напряжение источника коллекторного питания £к =12 в, сопротивление нагрузки /?к =5,6 ком, мипимальйо необходимое для работы каскада значение гока Уко мин =1 ма (определение ие Обходимого значения /коиин см на стр 113), наименьшая и наибольшая температура окружающей среды в условиях эксплуатации аппаратуры, для которой предназначается каскад, равна -)-10 и -Ь40°С, в коллекторной цепи каскада сопротивление фильтра отсутствует

Так как диапазон изменения температуры окружающей среаы небольшой и разброс значений р у транзистора П14А невелик, выбираем простейшую схему коллекторной стабилизации рабочей точки (рис 1 28)

Определим по входным статическим характеристикам ПИЛ для включения с общим эмиттером напряжение база -эмнттер t/бэО , которое обеспечит необходи-

Рис 1 28 К расчету коллекторной стабилизации примера 1 11

мыи ток покоя /кО = \ ма Для этого вначале определим /бо=

20 + 40 2

=0,033 ма Входною характеристику берем дш t/кэ =5 в, так как для бо к>ших значений t/кэ характеристики будут расположены рядом, практически сливаясь с характеристикой при Ит =5 в Для /соО.ОЗЗла н гУкэ=5о(рис 129) находим t/бэо =0,15 в

При токе коллектора 1 ма и напряжении эмиттер коллектор порядка 5 в выделяемая в транзисторе мощность будет очень мала Р~\ 10--* 5 =

= 5 мет <t 150 мет, следовательно, и повышение температуры переходов будет ничтожно Прн этом можно будет считать температуру переходов приблизи-тепьно равной Т окружающей среды, т. е 7пмин= + 10°С и 7 п макс=+40С.

Ii.Mtt

Рис 1 29. Входные характеристики трнзисто ра П14А, включенного с общим эмиттером

По найденному значению f/бэо определяем максимальное и минимальное напряжение смещения [по ф-лам (1 17)]

г^бэо макс-/бэо + 0,0022(20 - Гп ) =0,15 + 0,0022(20 - 10) =0,172 в, иш м„ ~ - 0,0022 (Гп макс -20)= 0,15- 0,0022 (40 -20) = 0,106 е. Рассчитываем сопротивление R] по ф-ле (1 19)

d Рмии(к бэо макс) (1 Ь Рнин) 1кО uw

1--7-=

ко мин

ко мин

20(12-0,172)-(1+20)1 10-3 . 5500

= 118400 ом.

1 10-3

Округляем полученное значение R\ до ближайшего меньшего стандартного значения (так как при округлении в большую сторону /кО мин получится меньше заданного) Выбираем = 110 ком Рассчитаем максимальное значение тока покоя/кПмакс при коллекторной стабилизации с /?i=110 ком по ф-ле (1 19)

бэо мин)

ко макс

(к

(1 рмакс) /кнмакс(/?к + R\)

/?1 -f (1 + Рмакс)/?к

40(12-0,106)+ (1+40) 40 10- -(5600+110 000)

110000+(1+40)5600 = 1,95 10-3=1,95 ма .

Здесь /

/ 2

Пмакс 10

= 10 10-6 . 2

40-20 10

= 40 10-ба.

Определим минимальное напряжение между коллектором и эмиттером i/кэо мин при коллекторной стабилизации по ф-ле (1.19).

кэО мнч

(1+Рмакс) (4

кн макс

= 12-

(1+40) (1,95

Рмакс

10-3-40 10-6)5600

= 1 в.

При таких Цкэо мин и / кО макс усиление будет происходить нормально; рабочая точка будет на прямолинейном участке характеристик и нужная амплитуда тока будет отдаваться без искажений

Пример 1.12. Рассчитаем стабилизацию для трансформаторного каскада предварительного усиления с германиевым транзистором П25, включенным с общим эмиттером и имеющим по справочнику следующие данные Рмнн =10, Рмакс =25, максимальное значение обратного тока коллекторного перехода /кн =50 мка, предельно допустимое напряжение коллектор - эмиттер б'кэ доп =60 в Наибольшая общая мощность, рассеиваемая прибором, 200 мет. Данные каскада напряжение источника коллекторного питания =18 в, сопротивление постоянному току в цепи коллектора 500 ом (сопротивление первичной обмотки трансформатора), минимально необходимое для работы каскада значение тока /ко мин = =3 ма, минимально необходимое напряжение коллектор-эмиттер (7кэО мин =10 в (опред&тение необходимых значений /ко мин и i/кэО минем на стр. 120) Наименьшая температура транзистора в условиях эксплуатации аппаратуры, для которой предназначается каскад, равна - 30°С, наибольшая--1-50°С, в коллекторной цепи каскада сопротивление фильтра отсутствует

и

н

20S

Рнс 130 К расчету эмиттериой стабилизации примера 1 12

V/jjgHtSiie

Рис 1 31 Входные характеристики транзистора П25 при включении с общим эмиттером

Так как диапазон изменения температуры велик, а сопротивление фильтра отсутствует, используем эмиттерную стабилизацию рабочей точки (рнс. 1 30)

Определим по входным статическим характеристикам П25 напряжение база- эмиттер (/бэО, которое обеспечит необходимый ток покоя /кО =3 ла Для этого вначале определим:

0,172 ма.

ho -

10 + 25

По входной типовой характеристике для f/кэ =20 в и для /бо =0 \12 ма определяем, что f/бэо =0,134 в (см рис 131) По найденному значению t/бэО определяем максимальное и минимальное напряжения смещения по ф-лам (1 17)

i/бэо макс = бэо + 0,0022(20- Тпм„ ) = о, 134-Ь0,0022 (20 -Ь30) = 0,244 в, £;бэо ии=бэо-0,0022(Гпмакс-20)=0,134-0,0022(50-20) =0,068 в. Выбираем сопротивление делителя Яг

;?2=(5+-15);?вхоэ =10 244 = 2440 ол.

Здесь /? вх ОЭ - значение входного сопротивления транзистора переменному току рассчитываемого каскада, определяемое в рабочей точке по входной характеристике рис. 1 31.

Д^б 0,11

А вх оЭ -

Д/б

0,45 10-3

= 244 ом.

Округляем /?2 до ближайшего стандартного значения, взяв /?2=2700 ом Определим сопротивление Яз, исходя из допустимого на нем падения напряжения питания

(0,1-ь0.3)£. . (0,1+0,3)£камин

*Э0 мин *1/П мни

ЭО МИН

(0,1-0,3), р.

кО мни

0,2 .18-10

(1+Рми„)/комнн (1 + 10)3 10-3

ние до стандартною, нол^

(к бэо макс) /ко чин

=1090 ом

Округлив полученное значение до стандартною, получим Яз =1100 ом. Рассчитаем Я\ по ф-ле (1.20):

1 -V Рмн

(/?э -Н Ri) Ikq мин

, 1 -ЬРмин

Uko мин /?2 бэо макс)

2700

1 4- 10 (18-0.244)-1100 3 . 10-3

= 8160 ом.

(1100 + 2700)3 . 10 -(xq)(3 10- 2700-0,244)

Округляем /?1 до ближайшего стандартного сопротивления в меньшую сторону, взяв /?,=7500 ом (см. приложение 6).

Найдем максимальное значение тока покоя /ко макс при введенной эмиттерной стабилизации по ф-ле (1 20).

Т^ГЖ-[к/?2- бэомин(/?1 + /?2)] 1 /кнмакс[/?э(/?1+/?2)-г/?1/?2]

/ -Г Рмакс ,

1+25

/?э(/?. + R,)+

Г Рмакс

[18 . 2700-0,068 (7500-+-2700)]+

1100(7500 + 2700) + + 0,4 10-3 [1100(7500 + 2700)+7500 2700]

7500 2700 1+25

= 4,8 ма

/ т -л^чп

Имакг с

Здесь /, а,сс ~ /кис2 =50 Ю^е . 2

= 400 10-5а = 0,4 ма.

Опредетнм минимальное напряжение между коллектором и эмиттером при /кО макс =4,8 ма по ф ле (1 20)

р / О ( ~1 Рмакс) (кОмакс кн макс)

1 ЭИ Mini- -к ь<*някг *\к *d- -

18-4,8 . 10 - . 500-(+25)(4.- Q:;-Q.- 10-)400

Расчет етабилнтацни произведен верно, так как /кэОмпи получилось несколько больше заданною в устовии задачи

1.8. Собственные шумы усилителя

Собственные итумы усилителей зависят от многих причин и изменяются в широких пределах. Как в транзисторных, так и в ламповых схемах шумы не играют роли в каскадах с высоким уровнем сигнала или прн достаточно узкой полосе частот.

Собственные птумы транзисторного усилителя имеют нескоть-ко основных составляющих: наводки и фон, тепловые (или термические) шумы, шумы транзисторов. Некоторые из перечисленных выше составляющих нетрудно сделать ничтожно малыми. Так, например, наводки устраняют экранированием усилителя, применением развязывающих фильтров в цепях питания; для устранения фона улучшают сглаживание напряжения источников питания. Тепловые шумы и шумы транзисторов нельзя сделать ничтожно малыми; их приходится рассчитывать по приведенным ниже формулам.

Любая цепь усилителя является генератором тепловых шумов, однако практическое значение обычно имеет лишь шум входной цепи, так как ои усиливается наибольшим количеством каскадов. Поэтому практически обычно рассчитывают напряжение тепловык шумов только для входной цепи усилителя.

б' 0,13 V f ,R , , (1.22)

где Rm - активная составляющая сопротивления входной цепи в полосе пропускания усилителя, ком, /игр - верхняя граничная частота усилителя или верхняя граничная частота входной цепи, на которой коэффициент усиления усилителя или коэффициент передачи входной пепи уменьшается в У 2 раз, кгц.

, В ф-лу (1.22) подставляют меньшую из упомянутых гранич ных частот.

Собственные шумы транзисторов имеют сходную природу с шумами электронных ламп и сильно зависят от типа, технологии

изготовления и его режима работы. Результирующий шум транзистора определяется тепловым шумом объемного сопротивления базы, флуктуациями, сопровождающими прохождение носителей через входной и выходной потенциальные барьеры, шумами контактного происхождения.

Уровень шумов транзистора обычно оценивают коэффициентом шума Рш, выражаемым в децибелах и показывающим, на сколько децибел, включенный в цепь усиливаемого сигнала транзистор повышает уровень шумов по сравнению с тепловыми шумами цепи.

Коэффициент шумов транзисторного каскада почти не зависит от схемы каскада и нагрузки, но зависит от внутреннего сопротивления источника сигнала R и имеет минимум при сопротивлении источника сигнала порядка ЗОО-нЮОО ом.

Для усилителей низкой частоты в целях снижения шумов транзисторов полезно применять режимы работы, характеризующиеся малым уровнем тока эмиттера и низким напряжением на коллекторе. Для маломощного транзистора наименьший уровень шумов имеет место при токе коллектора порядка 0,1-0,5 ма, напряжении между коллектором и базой - порядка 0,5-2 в.

Если есть опасения, что собственные шумы усилителя могут помешать усилению слабых сигналов, то необходимо брать во входные каскады специальные малошумящие транзисторы (П6Д, П9А, П13Б и др.) и ставить их в рекомендованные выше режимы. Только в этом случае коэффициент шума транзисторного каскада будет иметь порядок, сравнимый с коэффициентом шума лампового усилительного каскада.

При расчетах усилителей низкой частоты высокой чувствительности необходимо знать величины минимального напряжения сигнала снин на входе усилителя и допустимое отношение (сигнал/шум) Д; обычно при расчетах величина Д задана.

Приближенное значение коэффициента шума транзистора можно найти из выражения

Fn: \ + -{Г, 0,5 Г„) + + {Rncr Ь Г, + Г.д) .

Диет эОэд Ро А ист

(1.23)

Здесь /? ст~ активное сопротивление источника сигнала;

ро-коэффициент усиления постоянного тока транзистора в режиме короткого замыкания для включения с общим эмиттером; /эо-постоянная составляющая эмиттерного тока в рабочей точке;

начальный, неуправляемый ток коллектора;

б. rs.- сопротивление базы и динамическое сопротивление эмиттерного перехода.

Прн расчете шума транзистора необходимо учитывать имеющую место зависимость Зо и Гэд от.режима работы транзистора. Изменение Ро с током коллектора (эмиттера) обычно указывается в справочниках по транзисторам. Зависимость Гэд от тока эмитте-

ра приближенно определяется из выражения Гэд==-.

I э

Суммарное напряжение шумов б'ц приведенное к входу усилителя и обусловленное тепловыми шумами и шумами транзистора, может быть найдено по формуле:

г^,.р г (1.24)

где - действующее (среднеквадратичное) значение напря-

жения тепловых шумов усилителя в полосе пропускания;

f/штр - напряжение шумов первого транзистора, приведенное к входной цепи.

Выбор блок-схемы и принципиальной схемы усилителя

2.1. Требования, предъявляемые к усилителю

Для того чтобы спроектировать усилитель, необходимо знать: выходную мощность усилителя Рвых . выходное напряжение и^ых или сопротивление нагрузки /? , допустимый коэффициент гармоник Кг , рабочий диапазон частот (/ и /в), частотные искажения на низшей и высшей рабочих частотах М и М^* входные данные: напряжение входного сигнала Сист. внутреннее сопротивление источника сигнала R ct-

Кроме указанных основных данных, должно быть известно назначение усилителя, условия его эксплуатации (например, диапазон изменения температуры окружающей среды и т. д.), тип источника питания (выпрямитель, аккумулятор, гальванические элементы и др.) и требования к конструкции усилителя (стационарный, малогабаритный переносный н т. д.).

Если известно назначение усилителя, но не задан диапазон рабочих частот и данные источника сигнала, то эти данные можно взять в соответствии с табл. 2.1 и 2.2.

ТАБЛИЦА 21

ТАБЛ и Ц 4 22

/в, 1 Ч

Высококачественное воспроизведение речи и музыки Радиовещание и звукозапись среднего качества Звуковое киио

Коммерческая телефония

30-г 50

80-г 100 50-I-I00 250+300

10-15 5-г7 5+10

2,5-3

2.2. Последовательность расчета усилителя

Проектирование усилителя начинают с составления блок-схемы и выбора ее элементов, исходя из предъявленных к усилителю требований. Типовая блок-схема усилителя с входным и выходным устройствами, предварительным и мощным усилителями изображена на рнс. 2.1.

При выборе блок-схемы решают, нужны ли в проектируемом усилителе входное и выходное устройства, мощный усилитель,

Источнин сигнала

входное устройство

исили-тель

Пред/-гри- шщный тельный - усили-

Выходное устройство

+ Нагрузка

Источник питания

Рис 2 I Блок-схема усилителя

предварительный усилитель. Составив блок-схему усилителя, выбирают принципиальные схемы входного и выходного устройств (реостатно-емкостные, трансформаторные), каскада мощного усу-леиия (однотактный, двухтактный, трансформаторный, бестрансформаторный), каскадов предварительного усиления (с прямой связью, реостатный, трансформаторный, инверсный и т. д.).

После этого выбпрают транзисторы для всех усилительных каскадов н находят число каскадов, исходя из заданной выходной мощности или выходного напряжения и напряжения источника сигнала, приближенно определив требуемый от каскадов коэффициент усиления. После чего составляют ориентировочную принципиальную схему усилителя и распределяют заданные частотные искажения по цепям и каскадам, вносящим эти искажения. Распределение Л1 и Л1в производят отдельно на низшей и высшей рабочих частотах, затем переходят к выбору режимов работы транзисторов и электрическому расчету деталей схемы. Расчет усили-

теля производят, начиная с оконечного каскада, затем рассчитывают предоконечный каскад и т. д.

2.3. Выбор схемы оконечного каскада,

транзистора для него, режима работы и способа включения

В транзисторных усилителях звуковой частоты окоиечпыи каскад обычно является каскадом мощною усиления с трансформаторным выходом. Каскад мощного усиления должен отдавать в нагрузку заданную мощность сигнала при наименьшем потреблении мощности от источников питания и допустимом уровне нелинейных и частотньгх искажений. При проектировании оконечного каскада прежде всего решают, будет ли каскад однотактным или двухтактным. При этом учитывают, что двухтактный каскад отдает вдвое большую мощность, чем однотактный, имеет меньший коэффициент lapMOHHK, выходной трансформатор без постоянного под-магпичиванйя и допускает в три-пять раз большую пульсацию источника питания, по требует двух транзисторов, выходной трансформатор с удвоенным числом витков первичной обмотки и средней точкой, а также инверсную схему предыдущего каска та Кроме того, двухтактная схема позволяет исполыовать экономичный режим В, что сильно уменьшает необходимую мощность источника питання усилителя

При включении с общим эмиттером и общим коллектором транзисторы в плечах двухтактной схемы необходимо подбирать с одинаковыми или почти одинаковыми значениями (3 (разница в значениях р не более 20%), а также по возмоуКпостн с одинаковой граничной частотой.

Однотактный каскад имеет один транзистоо и может быть ис-но !ьзован только в режиме А, что увеличивает мониккть источника питания. Он не требует инверсной схемы в предыдущем каскаде, допускает меньшую пульсацию источника питания, имеет более высокий коэффициент гармоник. Размеры выходного трап-форматора у такою каскада больи1е из-за нал;1чия постоянного иодмагпичивання.

Выбрав на основании сказанною схему каскада мощного усп-1СППЯ и режим его работы, находят мощность спыала Р^, которую должен отдать транзистор в одпотактпои 1.\еме:

- , (2.1)

о

н .1ву хтак1Н011 схеме:

(2 2)

1де I).,. - кпд выходною трансформатора, значение которого берут 113 табл. 2..3.